Đồ án Tìm hiểu và xây dựng hệ thống thông tin địa lý - Webgis

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Văn Hưởng TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - WEBGIS KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Văn Hưởng TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - WEBGIS KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Xuân Huấn HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Hoàng Xuân Huấn đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong quá trìn thực hiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa công nghệ thông tin đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua Sau hết, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, người thân đã ủng hộ động viên tinh thần để luận văn được hoàn thành. Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện luận văn với tất cả sự nỗ lực của bản thân, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô tận tình chỉ bảo. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn và luôn mong nhận được sự đóng góp quý báu của tất cả mọi người. Xin chân thành cảm ơn tất cả ! Hà Nội, tháng 5/2010 Người thực hiện Trần Văn Hưởng TÓM TẮT KHÓA LUẬN Trong khóa luận này tôi xin những tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý và cụ thể là hệ thống thông tin địa lý trên nền Web – WebGIS. Trong phần đầu của khóa luận trình bày những tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý nói chung bao gồm: các khái niệm về hệ thống tin địa lý, nguộn gốc ra đời, các thành phần cấu thành hệ thống thông tin địa lý và một số lĩnh vực ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý. Trong phần tiếp theo sẽ là phần tìm hiểu về ứng dụng thông tin địa lý trên web từ đặc điểm, kiến trúc triển khai hệ thông và cách tổ chức lưu trữ dữ liệu địa lý. Trong phần ba của khóa luận trình bày tìm hiểu về các chuẩn trao đổi dữ liệu địa lý trên web và một số công nghệ mã nguồn mở giúp xây dựng hệ thống thông tin địa lý trên Web. Trong phần cuối của khóa luận trình bày về hệ thống thông tin địa lý do tôi tự xây dựng dựa trên công nghệ mã nguồn mở. MỤC LỤC MỞ ĐẦU Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ra đời và được phát triển mạnh trong những năm gần đây. Cùng với sự bùng nổ về công nghệ ứng dụng Internet, các phát triển công nghệ GIS cho phép chia sẻ thông tin thông qua mạng toàn cầu bằng cách kết hợp GIS và Web hay còn gọi là WebGIS.  Bên cạnh đó,  xu hướng chia sẻ dữ liệu, phát triển phần mềm trên công nghệ mã nguồn mở cũng đang được quan tâm ở các nước đang phát triển vì nhiều lợi ích mà nó mang lại. Vì thế, việc nghiên cứu ứng dụng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở sẽ mang lại khả năng chia sẻ thông tin địa lý rộng rãi cho các ngành. Hơn một thập kỷ trước đây, các thông tin không gian - bản đồ ở Việt Nam chủ yếu được thành lập và phát hành trên giấy. Trong những năm gần đây, các quy trình thành lập bản đồ, lưu trữ và phát hành đã dần dần chuyển đổi sang công nghệ số. Các bản đồ giấy trước kia đã được số hoá và đang nằm trong các ổ cứng máy tính tại các cơ quan, trường học, cá nhân,... Theo xu thế chung, các thông tin không gian này được chuyển sang lưu trữ trong các hệ thống cơ sở dữ liệu thông tin không gian được sử dụng bởi các đơn vị khác nhau. Việc chuyển đổi từ công nghệ số sang công nghệ bản đồ giấy đã là một bước tiến vượt bậc của ngành trắc địa. Tuy nhiên, các hệ cơ sở dữ liệu không gian được lưu trữ và sử dụng trong một hệ thống riêng biệt đã hạn chế rất nhiều tiềm năng khai thác thông tin không gian của các hệ thống này. Công nghệ Web-GIS cho phép phát hành, tiếp cận, truy vấn thông tin không gian trong một môi trường mở như Internet đã cho phép phát huy các tiềm năng chưa được đánh thức của các hệ thống thông tin địa lý, không gian và đưa công tác trắc địa bản đồ lên một tầm cao mới. Ngay khi vừa ra đời từ cuối những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ Web-GIS đã được đón nhận rât hồ hởi và có nhiều bước phát triển song còn nhiều hạn chế chưa theo kịp với các nước trên thế giới. Với sự phát triển và phổ cập của Internet tại Việt Nam như ngày nay, công nghệ Web-GIS đang được chú trọng phát triển bới cả cơ quan nhà nước và cộng động doanh nghiệp và được kỳ vọng sẽ đem đến một hướng phát triển mới đầy tiềm năng. 1 Nội dung chính của đề tài là tìm hiểu về WebGIS, khả năng xây dựng ứng dụng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở, trên cơ sở đó ứng dụng xây dựng WebGIS phục vụ phân tích số liệu bản đồ. Khóa luận này trình bày các tìm hiểu lý thuyết về WebGIS bao gồm phân loại các chiến lược phát triển WebGIS, tìm hiểu phần mềm xây dựng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở là Mapbuilder và GeoServer và giới thiệu ứng dụng WebGIS phục vụ phân tích số liệu bản đồ do tôi xây dựng thử nghiệm. Ngoài phần kết luận khóa luận được chia thành 4 phần lớn như sau: Chương 1: Hệ thống thông tin địa lý. Trong chương này sẽ cung cấp khái niệm cơ bản nhất về hệ thống thông tin địa lý, nguồn gốc ra đời, các thành phần chính cấu thành mộ hệ thống thông tin địa lý. Phần cuối chương sẽ trình bày về các lĩnh vực đã ứng dụng hệ thống thông tin địa lý. Chương 2: Hệ thống thông tin đía lý trên Web (WebGIS). Chương này sẽ đi sâu tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý trên nền Web. Phần đầu của chương sẽ giới thiệu đặc điểm riêng của hệ thống thông tin địa lý trên nền web. Phần tiếp theo của chương sẽ trình bày về kiến trúc hệ thông thông tin địa lý trên web và ưu nhược điểm của cái kiến trúc đó khi triển khai trên thực tế. Phần cuối của chương sẽ trình bày các phương pháp mô hình hóa dữ liệu bản đồ thành dữ liệu số và ưu nhược điểm của các phương pháp này. Chương 3: Một số ứng dụng WebGIS mã nguồn mở. Chương này sẽ trình bày về cách thức truyền thông của các ứng dựng GIS trên nền Web và một số công nghệ mã nguồn mở phục vụ cho việc xây dựng hệ thống thông tin đía lý trên web. Chương 4: Xây dựng ứng dụng WebGiS. Dựa vào kiến thức tìm hiểu ở các phần trên trong chương này sẽ giới thiệu hệ thống thông tin địa lý trên Web do tôi tự xây dựng. Hệ thống thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý là gì Thông tin địa lý được thể hiện chủ yếu dưới dạng bản đồ đã ra đời từ xa xưa.Các bản đồ trước tiên được phác thảo để mô tả vị trí, cảnh quan, địa hình…Bản đồ chủ yếu gồm những điểm và đường. Tuy nhiên bản đồ dạng này thích hợp cho quân đội và các cuộc thám hiểm hơn là được sử dụng như một công cụ khai thác tiềm năng của địa lý. Bản đồ vẫn tiếp tục được in trên giấy ngay cả khi máy tính đã ra đời một thời gian dài trước đó. Bản đồ in trên giấy bộc lộ những hạn chế như: thời gian xây dựng, đo đạc, tạo lập rất lâu và tốn kém. Lượng thông tin mang trên bản đồ giấy là hạn chế vì nếu mang hết các thông tin lên bản đồ sẽ gây khó đọc. Bên cạnh đó bản đồ giấy không thể cập nhật theo thời gian được vv… Ý tưởng mô hình hóa không gian lưu trữ vào máy tính, tạo nên bản đồ máy tính. Đó là bản đồ đơn giản có thể mã hóa, lưu trữ trong máy tính, sữa chữa khi cần thiết, có thể hiển thị trên màn hình và in ra giấy. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu nhận thấy nhiều vấn đề địa lý cần phải thu thập một lượng lớn thông tin không phải là bản đồ. Lúc này khái niệm Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) ra đời thay thế cho thuật ngữ bản đồ máy tính. GIS được hình thành từ các ngành khoa học: Địa lý, Bản đồ, Tin học và Toán học. Chỉ đến những năm 80 thì GIS mới có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng. Bắt đầu từ thập niên 80, GIS đã trở nên phổ biến trong các lãnh vực thương mại, khoa học và quản lý. Chúng ta có thể gặp nhiều cách định nghĩa về GIS Là một tập hợp của các phần cứng, phần mềm máy tính cùng với các thông tin địa lý mô tả không gian. Tập hợp này được thiết kế để có thể thu thập, lưu trữ, cập nhật, thao tác, phân tích, thể hiện tất cả các hình thức thông tin mang tính không gian. GIS là một hệ thống máy tính có khả năng lưu trữ và sử dụng dữ liệu mô tả các vị trí trên bề mặt trái đất Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu không gian Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và phi không gian về các đối tượng bản đồ, mối liên hệ giữa các đối tượng không gian và các tính chất của một vùng của đối tượng Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống phần mềm máy tính được sử dụng trong việc vẽ bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng tồn tại trên trái đất. Công nghệ GIS tổng hợp các chức năng chung về quản lý dữ liệu như hỏi đáp và phân tích thống kê với sự thể hiện trực quan và phân tích các vật thể hiện tượng không gian trong bản đồ. Sự khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng của nó rất rộng trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và qui hoạch chiến lược. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và chính sách được mô tả trong hình 1.1 Hình 1.1 Mô hình các thành phần GIS Phần cứng Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng. Con người Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc. Phần mềm Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau: - Nhập và kiểm tra dữ liệu: Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích. Ðây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý. - Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính của các đối tượng địa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội được bởi người sử dụng hệ thống. Xuất dữ liệu: Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ được thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ... Biến đổi dữ liệu: Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai. Tương tác với người dùng: Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người dùng ở một hệ thống tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó. Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu Á là ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW,... Hiện nay có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau: Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN,ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI, WINGIS, Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ER-MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,.. Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh phí của đơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau. Dữ liệu Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu. Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu. Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc tính của thông tin, (3) mối liên hệ không gian của các thông tin, và (4) thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là: Cơ sở dữ liệu bản đồ: là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được. Hệ thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ. Số liệu thuộc tính: được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý. Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt độ, cao độ...và thực hiện các phân tích không gian của số liệu. Còn số liệu thuộc tính được dùng để mô tả cơ sở dữ liệu. Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số hoá bằng bàn số hoá, hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh Chính sách Ðây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin. Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong 1 khung tổ chức phù hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ và phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo nhu cầu. Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ được minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện được những mục tiêu công việc. Ngoài ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải được đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các nguồn số liệu hiện có. Như vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Trong phối hợp và vận hành các hợp phần của hệ thống GIS nhằm đưa vào hoạt động có hiệu quả kỹ thuật GIS, 2 yếu tố huấn luyện và chính sách - quản lý là cơ sở của thành công. Việc huấn luyện các phương pháp sử dụng hệ thống GIS sẽ cho phép kết hợp các hợp phần: (1) Thiết bị (2) Phần mềm (3) con người và (4) Số liệu với nhau để đưa vào vận hành. Tuy nhiên, yếu tố chính sách và quản lý sẽ có tác động đến toàn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành công của hoạt động GIS Một số ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là công cụ hỗ trợ quyết định (decision - making support tool). Sau đây là một số lĩnh vực điển hình được ứng dụng kỹ thuật GIS Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường * Quản trị rừng (theo dõi sự thay đổi, phân loại...), * Quản trị đường di cư và đời sống động vật hoang dã, * Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lưu vực sông, * Bảo tồn đất ướt, * Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn. * Phân tích các tác động môi trường (EIA), * Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất, * Quản trị sở hữu ruộng đất, * Quản lý chất lượng nước, * Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh, * Xây dựng bản đổ và thống kê chất lượng thổ nhường. * Quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai. Nghiên cứu điều kiện kinh tế - xã hội * Quản lý dân số, * Quản trị mạng lưới giao thông (thuỷ - bộ), * Quản lý mạng lưới y tế, giáo dục, * Điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng. Nghiên cứu hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển * Đánh giá khả năng thích nghi cây trồng, vật nuôi và động vật hoang dã, * Định hướng và xác định các vùng phát triển tối ưu trong sản xuất nông nghiệp, * Hỗ trợ quy hoạch và quản lý các vùng bảo tồn thiên nhiên, * Đánh giá khả năng và định hướng quy hoạch các vùng đô thị, công nghiệp lớn, * Hỗ trợ bố trí mạng lưới y tế, giáo dục. Trong nghiên cứu sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn, các lĩnh vực ứng dụng của kỹ thuật GIS rất rộng rãi. Do vậy, GIS trở thành công cụ đắc dụng cho việc quản lý và tổ chức sản xuất nông nghiệp - nông thôn trên các vùng lãnh thổ. Các lĩnh vực ứng dụng của GIS trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn Thổ nhường * Xây dựng các bản đồ đất và đơn tính đất. * Đặc trưng hoá các lớp phủ thổ nhường Trồng trọt * Khả năng thích nghi các loại cây trồng * Sự thay đổi của việc sử dụng đất * Xây dựng các đề xuất về sử dụng đất * Khả năng bền vững của sản xuất nông nghiệp Nông - Lâm kết hợp * Theo dõi mạng lưới khuyến nông * Khảo sát nghiên cứu dịch - bệnh cây trồng (côn trùng và cỏ dại) * Suy đoán hay nội suy các ứng dụng kỹ thuật Quy hoạch thuỷ văn và tưới tiêu * Xác định hệ thống tưới tiêu * Lập thời biểu tưới nước * Tính toán sự xói mòn/ bồi lắng trong hồ chứa nước * Nghiên cứu đánh giá ngập lũ Kinh tế nông nghiệp * Điều tra dân số / nông hộ * Thống kê * Khảo sát kỹ thuật canh tác * Xu thế thị trường của cây trồng * Nguồn nông sản hàng hoá Phân tích khí hậu * Hạn hán * Các yếu tố thời tiết * Thống kê Mô hình hoá nông nghiệp * Ước lượng / tiên đoán năng suất cây trồng Chăn nuôi gia súc / gia cầm * Thống kê * Phân bố Hệ thống thông tin địa lý trên Web GIS đã được ứng dụng từ vài thập niên trước đây, nhưng dường như GIS vẫn chưa đến được với mọi người. Lý do là, trước nay các ứng dụng GIS hầu hết chạy trên máy tính đơn.Với những máy tính này cần thiết phải cài đặt các module xử lý GIS (dưới dạng các dll, hay các Active X)…điều này cản trở khả năng ứng dụng GIS rộng rãi. Ví dụ: Khi một người cần biết tuyến xe buýt để di chuyển thì ngoại trừ khi anh ta trang bị một máy tính bỏ tui cài ứng dụng Tìm đường xe buýt còn không anh phải trở về nhà hay đến cơ quan tìm đến đúng máy tính được cài ứng dụng này để tìm kiếm thông tin. Từ ví dụ này cho thấy với các ứng dụng GIS mang tính cộng đồng hoặc khi cần có thể sử dụng bất kể nơi đâu, thì mô hình ứng dụng chạy trên máy đơn là không đáp ứng được. Như đã biết Internet ra đời và đã thu ngắn khoảng cách giữa mọi người, và cho phép tìm kiếm thông tin mọi lúc mọi nơi. Mô hình ứng dụng GIS chạy trên nền Internet cho phép mọi người dùng bất kì công cụ nào có thể truy cập Internet tìm kiếm được thông tin mình cần. Hệ thống thông tin địa lý trên Web và các thách thức Hệ thống thông tin địa lý trên web (WebGIS) là hệ thống thông tin địa lý phân tán trên một mạng các máy tính để tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên World Wide Web. Trong cách thực hiện nhiệm vụ phân tích GIS, dịch vụ này gần giống như là kiến trúc client-Server của Web. Xử lý thông tin địa lý được chia ra thành các nhiệm vụ ở phía server và phía client. Điều này cho phép người dùng có thể truy xuất, thao tác và nhận kết quả từ việc khai thác dữ liệu GIS từ trình duyệt web của họ mà không phải trả tiền cho phần mềm GIS. Một trình khách tiêu biểu là trình duyệt web và máy chủ bao gồm một Web server có cung cấp một chương trình phần mềm WebGIS. Client thường yêu cầu một ảnh bản đồ hay vài xử lý thông tin địa lý qua Web đến máy chủ ở xa. Máy chủ chuyển đổi yêu cầu thành mã nội bộ và gọi những chức năng về GIS bằng cách chuyển tiếp yêu cầu tới phần mềm WebGIS. Phần mềm này trả về kết quả, sau đó kết quả này được định dạng lại cho việc trình bày bởi trình duyệt hay những hàm từ các plug-in hoặc Java applet. Server sau đó trả về kết quả cho client để hiển thị, hoặc gửi dữ liệu và các công cụ phân tích đến client để dùng ở phía client. Phần lớn sự chú ý gần đây là tập trung vào việc phát triển các chức năng GIS trên Internet. WebGIS có tiềm năng lớn trong việc làm cho thông tin địa lý trở nên hữu dụng và sẵn sàng tới số lượng lớn người dùng trên toàn thế giới. Thách thức lớn của WebGIS là việc tạo ra một hệ thống phần mềm không phụ thuộc vào nền tảng phần cứng và chạy trên chuẩn giao thức mạng TCP/IP, có nghĩa là khả năng WebGIS được chạy trên bất kì trình duyệt web của bất kì máy tính nào nối mạng Internet. Đối với vấn đề này, các phần mềm GIS hải được thiết kế lại để trở thành ứng dụng WebGIS theo các kỹ thuật mạng Internet. Kiến trúc hệ thống thông tin địa lý trên Web Kiến trúc chung Dịch vụ web thông tin địa lý hay còn được gọi là WebGIS được xây dựng để cung cấp các dịch vụ về thông tin địa lý theo công nghệ web service. Chính vì thế nên bất cứ WebGIS nào cũng phải thỏa mãn kiến trúc ba tầng thông dụng của một ứng dụng web. Sau đó tùy thuộc vào từng loại công nghệ và các cách thức phát triển, mở rộng khác nhau mà WebGIS sẽ trở thành n tầng khác nhau. Kiến chung 3 tầng của WebGIS được mô tả hình dưới bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và tầng dữ liệu được trình bày trong hình 2.1 Hình 2.1 Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS Tầng trình bày: Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer, Mozilla Firefox ... để mở các trang web theo URL được định sẵn. Các ứng dụng client có thể là một website, Applet, Flash,… được viết bằng các công nghệ theo chuẩn của W3C. Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần mềm MapInfo, ArcMap,… Tầng giao dịch: thường được tích hợp trong một webserver nào đó, ví dụ như Tomcat, Apache, Internet Information Server. Đó là một ứng dụng phía server nhiệm vụ chính của nó thường là tiếp nhận các yêu cầu từ client , lấy dữ liệu từ cơ sở dữ liệu theo yêu cầu client , trình bày dữ liệu theo cấu hình định sẵn hoặc theo yêu cầu của client và trả kết quả về theo yêu cầu. Tùy theo yêu cầu của client mà kết quả về khác nhau : có thể là một hình ảnh dạng bimap (jpeg, gif, png) hay dạng vector được mã hóa như SVG, KML, GML,…Một khi dạng vector được trả về thì việc trình bày hình ảnh bản đồ được đảm nhiệm bởi Client, thậm trí client có thể xử lý một số bài tóan về không gian. Thông thường các response và request đều theo chuẩn HTTP POST hoặc GET. Tầng dữ liệu: là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm cả các dữ liệu không gian và phi không gian. Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như ORACLE, MS SQL SERVER, ESRI SDE, POSGRESQL,… hoặc là các file dữ liệu dạng flat như shapefile, tab, XML,… Các dữ liệu này được thiết kế, cài đặt và xây dựng theo từng quy trình, từng quy mô bài toán ... mà lựa chọn hệ quản trị cơ sở dữ liệu phù hợp. Cơ sở dữ liệu không gian sẽ được dùng để quản lý và truy xuất dữ liệu không gian, được đặt trên data server. Nhà kho hay nơi lưu trữ được dùng để lưu trữ và duy trì những siêu dữ liệu về dữ liệu không gian tại những data server khác nhau. Dựa trên những thành phần quản lý dữ liệu, ứng dụng server và mô hình server được dùng cho ứng dụng hệ thống để tính toán thông tin không gian thông qua các hàm cụ thể. Tất cả kết quả tính toán của ứng dụng server sẽ được gửi đến web server để thêm vào các gói HTML, gửi cho phía client và hiển thị nơi trình duyệt web. Xem hình minh họa dưới đây. Lưu ý là tất cả các thành phần đều được kết nối nhau thông qua mạng Internet. Hình 2.2: Các bước xử lý thông tin của WebGIS Các bước xử lý Client gửi yêu cầu của người sử dụng thông qua giao thức HTTP đến webserver. Web server nhận yêu cầu của người dùng gửi đến từ phía client, xử lý và chuyển tiếp yêu cầu đến ứng dụng trên server có liên quan. Application server (chính là các ứng dụng GIS) nhận các yêu cầu cụ thể đối với ứng dụng và gọi các hàm có liên quan để tính toán xử lý. Nếu có yêu cầu dữ liệu nó sẽ gửi yêu cầu dữ liệu đến data exchange server(server trao đổi dữ liệu).. Data exchange server nhận yêu cầu dữ liệu và tìm kiếm vị trí của những dữ liệu này sau đó gửi yêu cầu dữ liệu đến server chứa dữ liệu (data server ) tương ứng cần tìm. Data server dữ liệu tiến hành truy vấn lấy ra dữ liệu cần thiết và trả dữ liệu này về cho data exchange server Data exchange server nhận dữ liệu từ nhiều nguồn data server khác nhau nằm rải rác trên mạng. Sắp xếp dữ liệu lại theo logic của yêu cầu dữ liệu,sau đó gửi trả dữ liệu về cho application server. Application server nhận dữ liệu trả về từ các data exchange server và đưa chúng đến các hàm cần sử dụng, xử lý chúng tại đây và kết quả được trả về cho web server. Web server nhận về kết quả xử lý, thêm vào các ngữ cảnh web (HTML, PHP..) để có thể hiển thị được trên trình duyệt và cuối cùng gửi trả kết quả về cho trình duyệt dưới dạng các trang web. Hỉnh 2.3: Quá trình xử lý thông tin của WebGIS Các hình thức triển khai Trong mô hình hoạt động của WebGIS được chia ra 2 phần : các hoạt động ở phía máy khách (client side) và các hoạt động xử lý ở phía máy chủ ( server side). Client side Client side được dùng để hiển t